基于地面无线技术的铁路精准定位系统研究

冯本勇

摘要：采用地面无线定位系统，将多个地面无线定位基站成网络，构建地面的无线定位网络，提供高精度的测距信号，定位终端使用这些信号可以直接定位解算出精确的位置信息。设计的地面无线定位系统由地面无线定位基站、无线定位终端，数据处理中心、无线传输链路组成，由此组成的系统具有环境适应性强，精度可达到分米级，信号覆盖面积广，较好解决了人员和机车定位问题。

关键词：无线定位系统；基站；位置信息

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0118-01

地面无线定位基站是一种建立在地面的信号发生器，发射自定义的导航定位信号，机理与GPS相似，只不过是全部系统布设在地面，信号发射频率选在2.4GHz自由频段。无线定位终端进行定位解算，获得终端所处的准确位置，并将位置上报。数据处理中心，选用PC平台，通过无线数据传输链路接收无线定位终端上报的位置。

在本系统中，多个地面无线定位基站可进行自主同步组网，在地面建立一个类似于GPS星座的定位网络，该网络具有很强的空间扩展性和环境适应性。系统示意见图1。

各地面无线定位基站（A、B、C、D）在启动后会首先通过相互通信完成网络时间同步。建立好时间同步网络后，地面无线定位基站向外播发导航定位信号，无线定位终端接收来自各个地面无线定位基站播发的导航定位信号，并进行定位解算。无线定位系统中，由于系统时钟精确同步，减少了无线定位基站之间的时钟误差，且由于收发机安装在地面，不存在大气电离层误差和对流层传播误差等影响。

在场站建立多部地面无线定位基站组成地面无线定位网络，机车、人员和铁鞋使用定位接收机即可获得准确的位置信息，并将位置信息通过无线数据传输链路传输到数据处理中心。

1 系统设备构成

无线定位系统由地面无线定位基站、定位终端、无线传输链路、数据处理中组成。

1.1 地面无线定位基站

多部地面无线定位基站组成网络，构建地面星座，提供高精度的测距信号。具有三个显著特点：

采用時间同步技术，整个网络自主地完成时间同步。自主同步使无线定位系统具有自主位置解算能力，用户仅需一部可以接收单向测距信号的接收机即可完成。

发射的信号强度优于GNSS卫星信号。最弱的信号也比卫星信号强30dB以上，可以提高定位终端接收信号的信噪比，从而提高定位精度。

发射的信号和GNSS卫星信号类似，可直接用于位置解算。

地面无线定位基站可分为两个模块：第一个为发射模块，负责产生导航定位信号并将其发射到定位网络中；第二个模块为接收模块，负责接收来自其他定位基站发射的信号，并计算接收信号与本地发射信号的频率差异，调整发射模块输出信号的频率。发射模块主要提供信号产生功能。

1.2 无线定位终端

无线定位终端用来捕获和跟踪无线定位基站播发的导航定位信号，并进行行位置解算。定位解算可采用伪距和载波相位测距。该接收机设计简单、能够提供精确的测距和位置解。无线定位终端除了定位以外，还具有数据传输的功能，将得到的高精度定位结果传输给数据处理中心。机车、人员和铁鞋使用无线定位终端即可获得准确的位置信息。

1.3 无线数据链路

数据传输采用LoRaWAN组网，组网方式与之前RTK方案中的组网一致。

1.4 数据处理中心

选用PC平台，通过无线数据链路接收无线定位终端的位置信息。

2 结语

地面无线定位系统方案，地面无线定位基站和定位终端成本相对较高（半定制、非芯片化、市场保有量小），但具有以下优势：适应能力强，可适用于所有环境、高可靠性、分米级精度，可以完全独立使用。地面无线定位基站的建立具有灵活性，可以覆盖场站全部区域，没有信号盲区，不存在信号遮挡引起的定位效果不佳的情况，可以很好的解决铁鞋、人员和机车定位问题。

参考文献

[1]王珂.基于WLAN的移动终端无线定位技术研究[D].郑州大学，2007.

[2]徐晓忻.无线定位技术及位置服务应用的研究[D].浙江大学，2012.

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